De fleste melkemålsstjerner - som vår egen sol - beveger seg i millioner av år lange nærsirkulære baner uforstyrret av det supermassive sorte hullet (SMBH) midt i galaksen. Men på Melkeveien kan sentrale stjerner vise uvanlig frenetiske og svært eksentriske bevegelser. De nærmeste SMBH tilbringer mesteparten av tiden sin i nærheten av aphelion - et godt stykke unna begivenhetshorisonten. Men SMBHs nådeløse gravitasjonsgrep trekker dem snart innover mot perihelion. Da disse stjernene mister fotfestet i SMBHs tyngdekraftsbrønn, akselererer de raskt - bare unnslipper total oppløsning på grunn av deres ekstremt høye vinkelmoment i banen.
Slike "S-stjerner" ble først identifisert av to uavhengige team av astronomer (en ledet av Reinhard Genzel ved Max Planck Institute i Garching, Tyskland, og den andre av Andrea Ghez ved UCLA) i 2002. På grunn av høye konsentrasjoner av gass og støv som omslutter den galaktiske kjernen, måtte teamene oppdage disse svært mobile kildene ved hjelp av infrarødt lys. Ved å lete etter skift i stjerners spektra og bestemme hvor raskt de beveget seg i forhold til andre objekter, kunne man oppnå presise baner. I de tre årene siden oppdagelsen deres har en S-stjerne (S2) nesten fullført en fullstendig bane rundt Melkeveiens SMBH.
Men det er noe veldig særegent med S-stjerner. Basert på nåværende modeller for fantastisk evolusjon, skal disse stjernene være veldig gamle - men har på en måte klart å beholde alle ungdommens egenskaper.
Teoretiske astronomer Melvyn Davies fra Lund Observatory, Sverige og Andrew King fra University of Leicester, Storbritannia, har et svar: “Bildet vårt forklarer samtidig hvorfor S-stjerner har tett bundne baner, og den observerte uttømming av røde giganter i sentrum av Galaxy. ” De fleste stjerner sett rundt oss (utenfor Milky Way Central) har godt forstått livssyklusene. Disse stjernene går gjennom en "hovedsekvens" av utvikling - med opprinnelse som store kropper med lav temperatur med ulmende sentrale fusjonsovner og slutter som små hvite dverger som utstråler "varme" som synlig lys mens de rolig slapper av i skumringen av deres himmelkarriere.
En stjerners skjebne bestemmes først og fremst av dens masse. Supermassive stjerner, (så store som 150 soler) lever veldig raske liv og overlever i så lite som femti tusen år. I løpet av ungdommen gleder disse stjernene som strålende blå giganter med overflatetemperaturer så høye som 30.000 grader C. I mellomtiden lever mer beskjedne stjerner som Sola mye lenger, og gløder temperert i 5 til 15 milliarder år ved lavere overflatetemperaturer (5000 - 10.000 grader) C). Innenfor alle stjerner gir kjernefysene den energien som trengs for å skape synlig lys. Når en stjerne modnes, vokser kjernefysisk ovn i overflaten og den avgir mer og mer stråling. På et bestemt punkt blir kjernestrålingen trykket så intens at den ytre atmosfæren til stjernen svulmer opp mange ganger. Denne diffuse gassformede konvolutten forteller astronomer at en stjerne er godt avansert i alder og nærmer seg slutten av livssyklusen.
Men det er ingen slike "rødgiganter" blant S-stjernene på Melkeveien sentral.
Alle stjerner fødes i klynger og danner assosiasjoner. Dette bør omfatte S-stjerner i nærheten av SMBH. Stjerneklynger utfeller som en gruppe ut av store regioner med nebulært støv og uregass. Selv om klyngestjerner er bundet sammen gravitasjonsmessig, kan tidevannskrefter fra sentrum av galaksen rive dem fra hverandre over millioner av år. Individuelle stjerner i slike klynger spiral deretter innover mot kjernen av galaksen. Når dette skjer, bør disse stjernene eldes til å bli "stjerner i stjerner" - sterkt strålende blå stjernekjerner omkranset av enormt hovne gassformede konvolutter med rød gigant. I papiret “The Stars of the Galactic Center” (publisert 21. mars 2005) fortsetter forfatterne å si: “S-stjerner går i bane i et område der tidevannskrefter fra det sentrale supermassive sorte hullet hindrer stjernedannelse.”
I følge dagens astronomiske tankegang skal S-stjerner også danne seg i klynger, og disse klyngene må stamme langt unna tidevannskrefter nær galakse-kjernen. Det er selvfølgelig mulig for S-stjerner å ha en annen fødselssyklus enn andre stjerner. En idé utforsket av teoretikere er at kjernen S-stjerner dannes som et resultat av nylige kollisjoner mellom tette molekylære skyer i nærheten av Melkeveisentralen. En annen forestilling er at de kan bli spunnet ut av akkresjonsdisken som omgir selve SMBH. For å redegjøre for deres lysstyrke og høye temperaturer (30K grader C), må S-stjerner ha mellomliggende masser (~ 10 solenergi) og leve relativt korte livssykluser (~ 10 Myrs). På grunn av disse begrensningene må S-stjerner alle være relativt unge og nye må konstant dannes.
”Et plausibelt alternativt bilde er at S-stjerner skyldes synkningen av massive stjerneklynger mot det sorte hullet ved dynamisk friksjon. Tidevann forstyrrer imidlertid slike klynger på avstander mye lenger ut enn regionen for de observerte S-stjernene. For å forsyne S-stjernene kreves spredning i nær radielle baner ved gravitasjonsinteraksjoner med andre stjerner. Imidlertid skjer denne prosessen på en tidsskala som betydelig vil overstige levetiden til slike stjerner med observerte temperaturer i hovedsekvensen. " skriver paret.
Effektivt, kjerne S-stjerner må enten være veldig ungdommelige og leveres inn i regionen av SMBH av en eller annen ukjent mekanisme, eller de må være mye eldre enn tenkt og på en eller annen måte gjengis “ungdommelig” ved å samhandle med det sorte hullet og dets umiddelbare omgivelser. Kan det være en "fontene av stjerners ungdom" i sentrum av Melkeveien?
"Stripping stars løser fødselsproblemet.", Sier forfatterne. "... de eneste stjernene som potensielt kan identifiseres som røde giganter i Galactic Center, mister konvoluttene og blir til S-stjerner i stedet." Kjerne S-stjerner har gjennomgått en prosess med klyngefødsel og modning som ligner vår sol. Fordi de kan være mindre massive enn en gang trodde (~ 1-4 solmasser), har de hatt mer tid til å bevege seg mot kjernen.
Drevet innover av tyngdekraftspredning fra mer massive stjerner, får disse aldrende røde gigantene en kosmisk "ansiktsløftning" - mens tidevannskrefter fra svart hull striper bort de ytre skjermene sine for å bli med andre gasser som danner SMBH selv. På grunn av større enn en gang tenkt levetid har disse stjernene med lavere masse hatt god tid til å komme frem til den galaktiske kjernen fra fjernere klynger. Det faktum at de har mistet klærne, forklarer deres relative glans, høye temperaturer og tilsynelatende ungdom.
Har vår egen sol en fremtid før den?
I følge Melvyn Davies, “Nei, solen vil ikke lide den samme skjebnen. Vi er for langt fra det galaktiske sentrum. Vi er omtrent 30000 lysår fra det sorte hullet; stjernene blir spredt i har kommet fra nærmere, absolutt ikke lenger enn rundt 3000 lysår. ” Professor Andrew King legger til, “Solen har ingen nær følgesvenn som kan forstyrre dens normale utvikling. Så den vil til slutt bli en rød kjempe og utvikle seg til en hvit dvergkjøring. "
Vel, det ser ut til at det tross alt ikke er noen ungdommens fontene i sentrum av galaksen for Sol.
Skrevet av Jeff Barbour
